碳材料用于低温选择性催化还原脱硝的研究进展

选择性催化还原技术是目前消除NOx的主流技术。碳材料作为自然界广泛存在的一种材料,具有比表面积大、化学稳定性好、结构可调控和表面可改性等优点,广泛应用于低温选择性催化还原反应。综述不同类型碳材料包括活性炭、活性炭纤维、碳纳米管、石墨烯和多孔碳在低温选择性催化还原中的应用,介绍碳材料作为活性组分和催化剂载体的使用情况,讨论表面化学改性对催化NOx性能的影响,阐述碳材料在加快反应速率和提升催化剂抗硫中毒方面的独特性能,并展望碳材料作为新型载体材料在低温选择性催化还原中的应用前景。     

碳基材料复合半导体光催化剂的制备及应用研究进展

半导体光催化剂被广泛地应用于光催化领域,但其常因自身的禁带宽度较大、量子效率较低、催化效率较低、与反应物接触几率较低等因素在实际应用中受到诸多限制。而碳基材料作为一类结构稳定的新材料,具有稳定性强、导电能力强、比表面积大、包含大量的吸附位点等特性,与光催化剂复合之后,能够有效减小其禁带宽度、降低其载流子的复合率并为其提供更多的吸附位点,很大程度上提高了光催化剂的光催化性能。该文章以石墨烯、碳纳米管、富勒烯以及碳纤维等碳材料与各类半导体光催化剂复合为例,综述了碳基材料与光催化剂复合的工艺、提高其光催化性能的机理、影响碳基材料改性程度的因素及其在产氢、杀菌等方面的应用,并且对其进行了展望。     

添加碳素复(混)合相变储热材料的研究及应用进展

相变储热材料因具有储热密度大、相变温度变化小且过程易控制等优点而在许多领域具有重要应用。但传统的相变储热材料存在导热系数低及固-液相变过程中液态泄漏问题,阻碍了其实际应用。碳材料如石墨、碳纤维、碳泡沫和膨胀石墨,他们都具有高导热系数、低密度和良好的化学稳定性。将碳材料添加到相变储热材料中或与相变储热材料进行复合,从而构成碳素复(混)合相变储热材料,储热材料的导热系数及其性能可明显提高。本文综述了碳素复(混)合相变储热材料的研究进展。利用膨胀石墨的多孔特性吸附有机物制备膨胀石墨基复合相变储热材料,其储热密度大、导热系数高、性能稳定、成本低且在固-液相变过程中没有液态的流动性问题,是未来研究和应用最重要的碳素复合相变储热材料。     

Functionalized Reduced Graphene Oxide as a Versatile Tool for Cancer Therapy

Cancer is one of the deadliest diseases in human history with extremely poor prognosis. Although many traditional therapeutic modalities—such as surgery, chemotherapy, and radiation therapy—have proved to be successful in inhibiting the growth of tumor cells, their side effects may vastly limited the actual benefits and patient acceptance. In this context, a nanomedicine approach for cancer therapy using functionalized nanomaterial has been gaining ground recently. Considering the ability to carry various anticancer drugs and to act as a photothermal agent, the use of carbon-based nanomaterials for cancer therapy has advanced rapidly. Within those nanomaterials, reduced graphene oxide (rGO), a graphene family 2D carbon nanomaterial, emerged as a good candidate for cancer photothermal therapy due to its excellent photothermal conversion in the near infrared range, large specific surface area for drug loading, as well as functional groups for functionalization with molecules such as photosensitizers, siRNA, ligands, etc. By unique design, multifunctional nanosystems could be designed based on rGO, which are endowed with promising temperature/pH-dependent drug/gene delivery abilities for multimodal cancer therapy. This could be further augmented by additional advantages offered by functionalized rGO, such as high biocompatibility, targeted delivery, and enhanced photothermal effects. Herewith, we first provide an overview of the most effective reducing agents for rGO synthesis via chemical reduction. This was followed by in-depth review of application of functionalized rGO in different cancer treatment modalities such as chemotherapy, photothermal therapy and/or photodynamic therapy, gene therapy, chemotherapy/phototherapy, and photothermal/immunotherapy.     

二氧化碳捕获材料的研究进展

简要阐述了近年来二氧化碳的减排、捕获等最新技术的研究进展,着重介绍了二氧化碳捕获材料的研究状况,如醇胺类吸附剂、离子液体吸附材料、金属化合物材料、陶瓷材料、沸石分子筛材料、碳基吸附材料、硅胶材料等传统吸附材料及复合型材料、负离子选择性吸附材料等新型捕获材料.并对二氧化碳捕获材料的发展趋势进行了展望.     

碳基全固态离子选择性电极材料研究进展

离子选择性电极作为一种常见的电位型化学传感器,具有结构简单、制作成本低、易微型化、可穿戴化等特点,被广泛应用到工业分析、环境监测、生物医疗等领域。固态转导层作为全固态离子选择性电极的组成部件之一,对电极的性能起着至关重要影响。碳基材料具有良好的离子-电子信号转换效率和化学稳定性,被认为是理想的固态转导层材料。本文阐述了碳基材料在全固态离子选择性电极中的响应机理,综述了石墨烯、碳纳米管、多孔碳材料及其他碳基材料作为固态转导层材料的研究进展,分析对比了上述材料的导电性、电容性、比表面积、疏水性等性能,并展望了其未来的发展趋势。     

电催化还原二氧化碳制一氧化碳催化剂研究进展

电催化还原CO₂作为缓解能源危机和全球变暖的有效途径已成为催化领域的研究热点。然而,不同反应途径的氧化还原电位较为接近,使产物的选择性成为电催化还原CO₂所需解决的主要问题。迄今为止,在水性电解质中可实现CO₂选择性地转化为一氧化碳（CO）和甲酸（HCOOH）。本文简述了电催化还原CO₂制CO的机理,包括CO₂吸附过程、二电子转移过程和CO脱附过程。从贵金属的晶面设计、形貌调控和表面功能化对反应活性和产物选择性的影响,铁卟啉、钴酞菁和镍三嗪在还原CO₂为CO反应中的电子转移途径,非金属碳基材料中杂原子和碳基质间的耦合效应等方面,重点介绍了近年来贵金属催化剂、过渡金属络合物催化剂和非金属碳基材料催化剂的研究进展,总结了各类催化剂的优缺点。指出在三类电催化还原CO₂制CO的催化剂中,非金属碳材料具有较高的CO法拉第效率,尤其是非金属碳材料成本较低、制备简单、结构易调控,在电催化还原中具有潜在的应用优势,是有望实现商业化应用的新型催化剂的候选材料之一。     

光动力治疗中提高光敏剂靶向性的研究进展

由于具有微创、时空选择性高、重复应用不产生耐药性等优点,光动力治疗被认为是一种极具前景的新型癌症治疗方法。但是,传统的光敏剂靶向性有限,会对正常组织产生毒副作用,极大地限制了光动力治疗的临床应用。构建靶标型光敏剂和可激活光敏剂是提高光敏剂肿瘤靶向性的有效途径。本文按靶标型光敏剂和可激活型光敏剂进行分类,对目前的研究进展进行总结概述,并对未来光动力治疗所面临的挑战进行了展望。     

室温钠离子电池用高性能碳材料研究进展

随着大规模储能领域对性价比要求的日益提升,室温钠离子电池有望成为新一代能源存储器件。在多种备选材料中,出于综合性能、成本和安全性考虑,碳基材料是最具实用潜力的钠离子电池负极材料之一。值得注意的是,体相扩散型碳和表面吸附型碳在储钠位点、电化学行为和设计思路上有很大区别。综述了两类碳材料近年来的研究进展,探讨了储钠机理、电解液匹配以及关键性能提升等问题。最后,对钠离子电池碳基负极材料研究面临的挑战及未来发展方向进行了展望。     

Carbon-family materials for flame retardant polymeric materials

As an abundant and attractive element, the emergence of new carbon-based materials brings revolutionary development in material science and technology. Carbon-based materials have spawned considerable interest for fabricating polymer composites/nanocomposites with greatly improved mechanical, thermal, gas barrier, conductivity, and flame retardant performance. In this review, the importance of carbon-based materials and the necessity of fire resistance for polymeric materials are initially introduced. Then, the fundamental flame retardant mechanisms and experimental analytical techniques are described to understand the relationship between structures and flame retardant properties. The main section is dedicated to the preparation and properties of multifunctional polymer composites/nanocomposites with carbon-based materials, with special emphasis on the flame retardant properties of these materials. A wide variety of carbon-based materials are discussed for use in flame retardant polymer nanocomposite, including graphite, graphene, carbon nanotubes, fullerenes as well as some new emerging carbon forms (carbon nitride, carbon aerogels, etc). Finally, a brief outlook at the developments in carbon-based materials for flame retardant polymeric composites is given by discussing the major progress, opportunities, and challenges.     

基于量子点的荧光共振能量转移的应用

介绍了基于量子点(QDs)的FRET原理,综述了基于QDs的FRET在生物传感器、蛋白质相互作用、生物分子构像变化和癌症治疗的光敏剂研究中的应用.     

卟啉类第二代光敏剂的发展

本文对目前用于光动力治疗的以卟啉为基础的第二代光敏剂进行了综述，这些光敏剂中的大部分已进入临床或临床前试验，光物理性质研究表明它们是很有前途的光动力药物。本文同样介绍了连接生物分子和硼烷的卟啉衍生物，作为光序剂，它们具有非常光明的前途。     

不同碳基材料对Cr(Ⅵ)的吸附动力学研究

以传统活性炭(木质炭、煤质炭)与碳纳米管为碳基吸附剂,研究不同碳基吸附剂对Cr(Ⅵ)的吸附效果,并对其吸附动力学进行研究。结果表明,传统活性炭对Cr(Ⅵ)的吸附性能优于碳纳米管,木质、煤质活性炭和碳纳米管对Cr(Ⅵ)的理论最大吸附量分别为158.23、152.44、48.69 mg/g;传统活性炭和碳纳米管对Cr(Ⅵ)的吸附过程均符合准二级动力学方程;传统活性炭和碳纳米管对Cr(Ⅵ)的吸附属于物理吸附。     

络合物法制备镍-氮共掺杂炭基二氧化碳电催化剂

过渡金属-氮共掺杂炭基催化剂广泛应用于电催化二氧化碳还原反应（CO₂RR）。为解决催化剂存在的催化活性及选择性问题,以乙二胺与硝酸镍发生配位反应形成的三乙二胺合镍小分子络合物作为氮源和镍源,分别以亲水氧化石墨烯及疏水炭黑为载体,得到两类镍-氮共掺杂多孔炭基催化剂。通过X射线衍射及透射电镜等手段分析了镍物种在不同处理阶段的存在形式。CO₂RR性能测试表明,同一炭载体具有不同金属负载量的催化剂经过酸洗处理除去镍纳米颗粒后,一氧化碳分电流密度得到明显提升,表明原子级分散的镍物种是CO₂RR的活性位点。在-0.8 V（vs.RHE）,不同催化剂的一氧化碳法拉第效率均达到90%。与亲水炭材料作为载体相比,疏水炭材料为载体制备的催化剂一氧化碳分电流密度更高,这表明疏水炭载体有利于过渡金属络合物在载体骨架中的负载与分散,进而抑制后续处理过程中活性物质的损失,从而获得高活性的镍-氮共掺杂炭基电催化剂。     

掺氮碳基材料在费托合成反应中的应用

氮掺杂是一种对碳材料结构和性质进行修饰的重要方法。本文主要介绍了碳基材料掺氮的主要方法(即直接合成法和后处理法)及所得掺氮碳基材料的性质。重点综述了近年来掺氮碳基材料在制备费托合成钴基和铁基催化剂领域中的应用,进一步阐述了掺氮碳基材料作为新型费托合成催化剂载体所具有的主要优点:载体表面含氮基团具有锚定作用可提高金属活性组分分散度,同时,氮的掺杂不仅能够有效地提高催化剂还原度,而且富电子的氮物种可促进CO解离,从而有利于提高催化剂费托合成反应性能。在此基础上,本文也分析了掺氮碳基材料的合成和催化应用方面所存在的问题。     

基于碳基催化剂活化过二硫酸盐降解有机污染物的研究进展

碳基催化剂作为一种绿色催化材料,可以有效防止有毒金属离子的浸出和二次污染。本文首先对碳基催化剂活化过二硫酸盐（PDS）降解有机污染物存在的三种反应机制进行了具体的阐述,对自由基机制和非自由基机制的优缺点进行了对比和讨论,对使用不同碳基材料（包括活性炭、石墨烯、碳纳米管、中孔炭、纳米金刚石、生物炭）作为催化剂活化过二硫酸盐降解有机污染物的研究进展进行了梳理,比较了不同碳基催化剂对有机污染物的选择性和降解效果,并对各种碳基材料存在的问题进行了总结;然后探讨了碳基催化剂掺杂改性对催化活性的影响及其机理,针对碳基催化剂存在稳定性和重复利用性差的问题介绍了几种碳催化剂再生方法,最后对碳催化剂用于活化PDS降解实际有机废水的前景做出了展望。     

常温下碳基活性材料催化氧化NO的研究进展

针对常温、含高浓度O₂ 的NO污染气体排放控制,典型的选择性催化还原（SCR）技术已不再适用。以碳基活性材料为催化剂的NO常温催化氧化技术得到了广泛关注,该技术在常温和高浓度O₂条件下将NO氧化为NO₂,并以硝酸或硝酸盐形式加以回收利用,因此具有环保和经济双重效益,应用前景广阔。本文简要综述了碳基活性材料常温催化氧化NO的研究进展,阐述了NO催化氧化机理,介绍了碳基活性材料的表面物化特性和反应条件（O₂浓度、NO浓度、GHSV、反应温度、水蒸气和催化剂粒径等）对催化氧化NO的影响,以及活性炭、活性炭纤维、碳纳米纤维、炭干凝胶、金属负载碳基活性材料、炭化污泥等不同碳基活性材料的催化特性,总结并展望了未来碳基活性材料低温催化氧化NO的发展方向。     

木质素碳纳米材料制备及在催化中的应用研究进展

木质素是自然界储量丰富的可再生资源,含碳量高且具有三维网状结构和大量共轭结构。碳材料是一类具有极大应用价值的催化材料,特别是在电催化、热催化和光催化领域。以木质素为原料制备高活性的木质素碳基催化剂是实现木质素高附加值利用有效的途径之一。木质素碳催化材料研究涉及化学、化工和物理等多个学科领域,制备性能优异和稳定性良好的木质素碳基催化剂仍充满挑战。本文主要总结了木质素碳材料的制备研究进展,以及介绍了木质素碳材料在光催化、热催化和电催化等领域的应用研究现状。此外,还分析了当前木质素碳基催化材料存在的问题,并展望了未来的发展趋势和重点研究方向。     

生物质基碳气凝胶的研究进展

碳气凝胶是一种新型的纳米多孔碳材料,具有孔隙率高、比表面积大、导电性能优良、耐高温等优点,在催化剂载体、电容器及吸附材料等领域具有广阔的应用前景。与传统的碳气凝胶相比,生物质基碳气凝胶具有前驱体环保可再生的优势,可为生物质高值化、功能化利用提供新思路。本文在简单介绍生物质基碳气凝胶制备过程（包括溶胶-凝胶化、干燥、炭化）的基础上,重点介绍了3类来自不同生物质前驱体（植物纤维素、细菌纤维素和具有三维多孔结构的植物本身）碳气凝胶的制备方法,并对碳气凝胶及其复合材料在催化剂载体、吸附材料、超级电容器、锂离子电池方面的应用进行了综述,最后对生物质基碳气凝胶的研究方向和发展前景进行总结和展望。     

介孔碳的研究进展及应用

介孔碳是一类新型的具有巨大比表面积和孔体积的介孔材料,可以通过不同的方法合成并对其孔结构和形貌进行调节。本文主要综述了介孔碳及介孔碳基复合材料的合成方法,对比阐述了不同方法制备的介孔碳材料所具备的孔道结构和形貌。介绍了将不同非金属和金属元素及其氧化物掺杂在介孔碳中合成复合材料,发现制备的复合材料具有更优的性能且掺杂元素不同复合材料的形貌和孔道结构不同。此外,简要说明了介孔碳及碳基复合材料在环境、催化、储能、电化学和生物医学等方面的应用,指出其在各个领域的应用仍存在不足。调整介孔碳的孔结构和表面性能、采用更简便易控制的合成方法将成为制备介孔碳及碳基材料的主要研究方向。